MANTENIMIENTO DE PLANTAS TERMOELÉCTRICAS
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CAPÍTULO XII
MANTENIMIENTO EN TURBINAS DE GAS 1
12.1 INTRODUCCIÓN.
La fiabilidad y la disponibilidad de una central termoeléctrica de ciclo
combinado (CTCC) dependen, en primer lugar, del diseño y de la calidad de
su montaje, en segundo lugar de la operación del grupo, evitar los disparos a
plena carga, las maniobras bruscas innecesarias, evitar trabajar con
parámetros anormales durante largos espacios de tiempo, colocar los valores
de los diferentes parámetros en los puntos apropiados, etc., es
responsabilidad de los operadores, y los problemas técnicos de la central van
a estar en gran medida condicionados por la forma de operar, en tercer y
último lugar, la fiabilidad y disponibilidad dependen del mantenimiento que
se realice. Si el mantenimiento es básicamente correctivo, atendiendo sobre
todo los problemas cuando se presentan, es muy posible que a corto plazo
esta política sea rentable. Debemos tener en cuenta que lo que hagamos en
mantenimiento no tiene su consecuencia de manera inmediata, sino que los
efectos de las acciones que tomamos se revelan con seis meses o un año de
retraso. Hoy pagamos los errores de ayer, o disfrutamos de los aciertos.
La ocasión perfecta para diseñar un buen mantenimiento programado que
haga que la disponibilidad y la fiabilidad de una central eléctrica sean muy
altas, es durante la construcción. Cuando la construcción acaba y la planta es
entregada al propietario para su explotación comercial, el plan de
mantenimiento debe estar ya diseñado, y debe ponerse en marcha desde el
primer día que la central entra en operación. Perder esa oportunidad significa
renunciar a que la mayor parte del mantenimiento sea programado, y caer en
el error, un grave error de consecuencias económicamente nefastas, de que
sean las averías las que dirijan la actividad del departamento de
mantenimiento, efectuando un mantenimiento solo correctivo.
Es normal prestar mucha importancia al mantenimiento de los equipos
principales como son turbina gas, turbina de vapor, generador y caldera, y no
preocuparse en la misma medida de todos los equipos adicionales o
1 http://www.renovetec.com/articulos/arranqueturbinagas.html
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auxiliares, esto es un grave error, pues una simple bomba de refrigeración o
un simple transmisor de presión pueden parar una central y ocasionar un
problema tan grave como un fallo en la turbina o en el generador. Conviene,
pues, prestar atención a todos aquéllos equipos capaces de provocar fallos
críticos.
Un buen plan de mantenimiento es el que analiza todos las fallas posibles, y
ha sido diseñado para evitarlos. Eso quiere decir que para elaborar un buen
plan de mantenimiento es absolutamente necesario realizar un detallado
análisis de fallos de todos los sistemas que componen la planta.
Por desgracia, esto raramente ocurre. Sólo en los equipos más costosos de la
central termoeléctrica de ciclo combinado suele haberse realizado este
pormenorizado análisis, y lo suele haber llevado a cabo el fabricante del
equipo. Por ello, en los equipos principales como son turbina de gas, turbina
de vapor, generador y caldera de recuperación, debe seguirse lo indicado por
el fabricante. Pero el resto de equipos y sistemas que componen la planta,
capaces como hemos dicho de parar la central y provocar un grave problema,
también deben estar sujetos a este riguroso análisis.
Ocurre a veces que no se dispone de los recursos necesarios para realizar este
análisis de forma previa a la entrada en funcionamiento de la planta, o que
ésta ya está en funcionamiento cuando se plantea la necesidad de elaborar el
plan de mantenimiento. En esos casos, es conveniente realizar este plan en
dos fases:
1) Realizar un plan inicial, basado en instrucciones generales, en la
experiencia de los técnicos, en las recomendaciones de los fabricantes y
en las obligaciones legales de mantenimiento que tienen algunas
instalaciones. Este plan puede elaborarse con rapidez. Hay que recordar
que es mejor un plan de mantenimiento incompleto que realmente se
lleva a cabo que uno inexistente.
2) Realizar un análisis de fallas de cada uno de los sistemas que componen
la planta. Este análisis permitirá no sólo diseñar el plan de
mantenimiento, sino que además permitirá proponer mejoras que eviten
esas fallas, crear procedimientos de mantenimiento o de operación y
seleccionar el repuesto necesario.
MANTENIMIENTO DE PLANTAS TERMOELÉCTRICAS
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12.2 PLAN DE MANTENIMIENTO INICIAL.
Plan de mantenimiento inicial basado en instrucciones del fabricante.
La preparación de un plan de mantenimiento basado en las instrucciones
de los fabricantes tiene tres fases:
- Fase 1: Recopilación de instrucciones.
Realizar un plan de mantenimiento basado en las recomendaciones de los
fabricantes de los diferentes equipos que componen la planta no es más que
recopilar toda la información existente en los manuales de operación y
mantenimiento de estos equipos y darle al conjunto un formato determinado.
Es conveniente hacer una lista previa con todos los equipos significativos de
la planta. A continuación, y tras comprobar que la lista contiene todos los
equipos, habrá que asegurarse de que se dispone de los manuales de todos
éstos. El último paso será recopilar toda la información contenida en el
apartado mantenimiento preventivo que figura en esos manuales, y agruparla
de forma operativa.
Si el equipo de mantenimiento está dividido en personal mecánico y personal
eléctrico, puede ser conveniente dividir también las tareas de mantenimiento
según estas especialidades.
- Fase 2: La experiencia del personal de mantenimiento.
Con esta recopilación el plan de mantenimiento no está completo. Es
conveniente contar con la experiencia de los responsables de mantenimiento
y de los propios técnicos, para completar las tareas que pudieran no estar
incluidas en la recopilación de recomendaciones de fabricantes. Es posible
que algunas tareas que pudieran considerarse convenientes no estén incluidas
en las recomendaciones de los fabricantes por varias razones:
a) El fabricante no está interesado en la desaparición total de los problemas,
ya que diseñar un equipo con cero averías puede afectar su facturación.
b) El fabricante no es un especialista en mantenimiento, sino en diseño y
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montaje.
c) Hay instalaciones que se han realizado en obra, y que no responden a la
tipología de equipo, sino más bien son un conjunto de elementos, y no
hay fabricante como tal, sino tan sólo un instalador. En el caso de que
haya manual de mantenimiento de esa instalación, es dudoso que sea
completo. Es el caso, por ejemplo, del ciclo agua-vapor que es un
conjunto de tuberías, soportes y válvulas. Podemos encontrar
instrucciones para ellas, pero también las tuberías y los soportes
necesitan determinadas inspecciones. Además, el ciclo agua-vapor se
comporta como un conjunto, son necesarias determinadas pruebas
funcionales del conjunto para determinar su estado.
En otros casos el plan de mantenimiento que propone el fabricante es tan
exhaustivo que contempla la sustitución o revisión de un gran número de
elementos que evidentemente no han llegado al máximo de su vida útil, con
el consiguiente exceso de gasto. Cuantas más intervenciones de
mantenimiento preventivo sean necesarias, más posibilidades de facturación
tiene el fabricante. Además, está el problema de la garantía, si un fabricante
propone multitud de tareas y éstas no se llevan a cabo, el fabricante puede
alegar que el mantenimiento preventivo propuesto por él no se ha realizado, y
que ésa es la razón de la falla, no haciéndose pues responsable de su solución
en el periodo de garantía, con la consiguiente facturación adicional.
- Fase 3: Mantenimiento legal.
Por último, no debe olvidarse que es necesario cumplir con las diversas
normas reglamentarias vigentes en cada momento. Por ello, el plan debe
considerar todas las obligaciones legales relacionadas con el mantenimiento
de determinados equipos. Son sobre todo tareas de mantenimiento
relacionadas con la seguridad. Algunos de los equipos sujetos a estas normas
en una central de ciclo combinado son las siguientes:
- Sistema de alta tensión.
- Torres de refrigeración.
- Puentes grúa.
- Vehículos.
- Tuberías y equipos a presión.
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- Instalaciones de tratamiento y almacenamiento de aire
comprimido
- Sistemas de control de emisiones y vertidos.
- Sistemas contra incendios.
- Sistemas de climatización de edificios.
- Intercambiadores de placas.
12.3 PLAN DE MANTENIMIENTO INICIAL BASADO EN
INSTRUCCIONES GENÉRICAS.
En este caso la consulta de los manuales de los fabricantes se hace después
de haber elaborado un borrador inicial del plan, y con la idea de
complementar éste. En la fase final se añaden las obligaciones legales de
mantenimiento, como en el caso anterior.
- Fase 1: Listado de equipos significativos.
Del inventariado de equipos de la planta, deben listarse aquellos que tienen
una entidad suficiente como para tener tareas de mantenimiento asociadas.
Este listado puede incluir motores, bombas, válvulas, determinados
instrumentos, filtros, depósitos, etc.
Una vez listados, es conveniente agrupar estos equipos por tipos, de manera
que sepamos cuántos tipos de equipos significativos tenemos en el sistema
que estemos analizando.
- Fase 2: Tareas genéricas.
Para cada uno de los tipos de equipos, debemos preparar un conjunto de
tareas genéricas que les serían de aplicación. Así, podemos preparar tareas
genéricas de mantenimiento para transformadores, motores, bombas,
válvulas, etc.
- Fase 3: Aplicación de las tareas genéricas a los diferentes
equipos.
Para cada motor, bomba, transformador, válvula, etc., aplicaremos las tareas
genéricas preparadas en el punto anterior, de manera que obtendremos un
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listado de tareas referidas a cada equipo en concreto.
- Fase 4: Consulta a manuales.
Es en este punto, y no al principio, es donde se incluyen las recomendaciones
de los fabricantes.
- Fase 5: Obligaciones legales.
Igual que en el caso anterior, es necesario asegurar el cumplimiento de las
normas reglamentarias referentes a mantenimiento que puedan ser de
aplicación.
12.4 PLAN DE MANTENIMIENTO BASADO EN ANÁLISIS DE
FALLAS (RCM).
¿Qué es RCM?
RCM, Reliability Centred Maintenance, Mantenimiento Centrado en
Fiabilidad, es una técnica más dentro de las posibles para elaborar un plan de
mantenimiento en una central de ciclo combinado y que presenta algunas
ventajas importantes sobre otras técnicas. Inicialmente fue desarrollada para
el sector de aviación, donde los altos costos derivados de la sustitución
sistemática de piezas amenazaban la rentabilidad de las compañías aéreas.
Posteriormente fue trasladada al campo industrial, después de comprobarse
los excelentes resultados que había dado en el campo aeronáutico.
El objetivo fundamental de la implantación de un mantenimiento centrado en
fiabilidad o RCM en una planta industrial es aumentar la disponibilidad y
disminuir costos de mantenimiento. El análisis de una central de ciclo
combinado según esta metodología aporta una serie de resultados:
1) Mejora la comprensión del funcionamiento de los equipos.
2) Analiza todas las posibilidades de falla de un sistema y desarrolla
mecanismos que tratan de evitarlos, ya sean producidos por causas
intrínsecas al propio equipo o por actos personales.
3) Determina una serie de acciones que permiten garantizar una alta
disponibilidad de la planta. Estas acciones pueden ser de varios
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tipos:
- Planes de mantenimiento.
- Procedimientos operativos, tanto de producción como de
mantenimiento.
- Modificaciones o mejoras posibles.
- Adopción de medidas provisionales en caso de falla, que
minimizan los efectos de éste.
- Planes de formación.
- Determinación del stock de repuesto que es deseable que
permanezca en planta.
En el análisis que conduce a RCM debemos contestar seis preguntas
claves:
1) ¿Cuáles son las funciones y los estándares de funcionamiento en
cada sistema?
2) ¿Cómo falla cada equipo?
3) ¿Cuál es la causa de cada fallo?
4) ¿Qué consecuencias tiene cada fallo?
5) ¿Cómo puede evitarse cada fallo?
6) ¿Qué debe hacerse si no es posible evitar un fallo?
El proceso atraviesa una serie de fases para cada uno de los sistemas en que
se puede descomponer la planta:
- Fase 0: Codificación y listado de todos los subsistemas, equipos y
elementos que componen el sistema que se está estudiando. Recopilación de
esquemas, diagramas funcionales, diagramas lógicos, etc.
- Fase 1: Estudio detallado del funcionamiento del sistema. Listado de
funciones del sistema en su conjunto. Listado de funciones de cada
subsistema y de cada equipo significativo integrado en cada subsistema.
- Fase 2: Determinación de las fallas funcionales y fallas técnicas. Puede
ser de ayuda el historial de averías, consultas al personal de mantenimiento y
operaciones, además de los diagramas lógicos y diagramas funcionales.
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- Fase 3: Determinación de los modos de falla o causas de cada uno de las
fallas encontradas en la fase anterior. Por ejemplo si el nivel de agua de
alimentación es bajo puede ser por:
1) Bombas de condensado no impulsan agua desde el condensador.
2) Hay alguna tubería rota u obstruida.
3) Válvula de recirculación de las bombas del condensador está
totalmente abierta.
4) Fuga importante en la caldera.
5) Fuga o rotura en el cuerpo del tanque de agua de alimentación.
6) Válvula de drenaje abierta o en mal estado.
7) El sistema de control de nivel no funciona correctamente.
- Fase 4: Estudio de las consecuencias de cada modo de falla.
Clasificación de las fallas en críticas, importantes o tolerables en función
de esas consecuencias. Para que una falla sea considerado crítica debe
cumplir alguna de las siguientes condiciones:
1) Que pueda ocasionar un accidente que afecte a la seguridad o al
medioambiente, y que existan ciertas posibilidades de que ocurra.
2) Que suponga una parada de planta o afecte a la potencia neta de
la planta o a su rendimiento.
3) Que la reparación de la falla más las fallas que provoque ésta sea
superior a cierta cantidad.
- Fase 5: Determinación de medidas preventivas que eviten o atenúen
los efectos de las fallas, suelen ser de 5 clases:
1) Tareas de mantenimiento, que se divide en 7 tipos.
Tipo 1: Inspecciones visuales.
Tipo 2: Lubricación.
Tipo 3: Verificaciones de correcto funcionamiento realizadas con
instrumentos propios del equipo.
Tipo 4: Verificaciones del correcto funcionamiento realizadas con
instrumentos externos del equipo.
Tipo 5: Tareas condicionales. Se realizan dependiendo del estado en
que se encuentre el equipo.
Tipo 6: Tareas sistemáticas, realizadas cada cierta cantidad de horas
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de funcionamiento, o cada cierto tiempo, sin importar cómo se
encuentre el equipo.
Tipo 7: Grandes revisiones u Overhaul, cuyo objetivo es dejar el
equipo como nuevo.
2) Mejoras y modificaciones de la instalación, que pueden ser:
a) Cambios en los materiales.
b) Cambios en el diseño de una pieza.
c) Instalación de sistemas de detección.
d) Cambios en el diseño de una instalación.
e) Cambios en las condiciones externas al ítem.
3) Cambios en los procedimientos de operación
4) Cambios en los procedimientos de mantenimiento.
5) Formación.
- Fase 6: Agrupación de las medidas preventivas en sus diferentes
categorías: elaboración del plan de mantenimiento, lista de mejoras, planes
de formación y procedimientos de operación y de mantenimiento. Entre estos
grupos pueden estar:
1) Plan de mantenimiento.
2) Listas de mejoras.
3) Formación.
4) Lista de procedimientos de operación y mantenimiento a mejorar.
- Fase 7: Puesta en marcha de las medidas preventivas que se han
visto en el punto anterior y que dan como resultado los siguientes puntos:
1) Plan de mantenimiento.
2) Lista de mejoras.
3) Plan de formación.
4) Manual de operación y mantenimiento.
12.5 DIFERENCIAS ENTRE EL PLAN DE MANTENIMIENTO
INCIAL Y RCM. (REABILITY CENTRED MAINTENENCE)
Comparando el plan inicial, basado sobre todo en las recomendaciones de los
fabricantes, con el nuevo, basado en el análisis de fallas, habrá diferencias
notables:
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1) En algunos casos, habrá nuevas tareas de mantenimiento, allí
donde el fabricante no consideró necesarias ninguna.
2) En otros casos, se habrán eliminado algunas de las tareas por
considerarse que los fallos que trataban de evitar son perfectamente
asumibles, es más económico solucionar el fallo cuando ocurre que
hacer las tareas preventivas.
12.6 AGRUPACIÓN EN GAMAS DE MANTENIMIENTO.
Una vez elaborada la lista de tareas que compondrán el plan de
mantenimiento es conveniente agruparlas, las tareas también llamadas gamas
se agruparán teniendo en cuenta los siguientes aspectos en gamas diarias,
semanales, mensuales y anuales, los aspectos son:
- Tareas referidas al mismo rubro, eléctricas, refrigeración, etc.
- Tareas referidas al mismo equipo.
- Tareas que deben ser realizadas por profesionales de la misma
especialidad.
- Tareas agrupadas por frecuencias de realización.
1) Gamas diarias, son tareas que se realizan fácilmente.
2) Gamas semanales y mensuales, complementan a otras tareas más
complicadas, que no está justificado realizar a diario, implican
desmontajes, paradas de equipos o tomas de datos laboriosas.
3) Gamas anuales. Suponen en algunos casos la revisión completa
del equipo, Overhaul.
12.7 REVISIÓN MAYOR EN TURBINAS DE GAS, OVERHAUL
EN LA TURBINA LM2500 2
2 Alicia García Rodríguez,Técnico especialista en revisiones mayores LM2500
MANTENIMIENTO DE PLANTAS TERMOELÉCTRICAS
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Fig. 12.1 Turbina de gas LM 2500
La turbina de Gas LM 2500 es una aeroderivada del GE CF6-6 motor
aerodinámico, y está presente en muchas plantas de cogeneración. Además
de impulsar determinadas aeronaves, también forma parte del equipo de
impulsión de algunos barcos, tanto civiles como militares.
La LM 2500 está formada por un generador de gas y una turbina de potencia.
Forman parte del equipo una bomba de aceite, sistema de suministro de
combustible, las secciones de aire de entrada y gases de escape, y el sistema
de control. La potencia total es de 25MW, la velocidad de giro es de 6500
rpm y la eficiencia térmica es del 37% en condiciones ISO.
El generador de gas de la LM2500 consta de 16 etapas de compresión con
una relación 18:1. Dispone de siete etapas de geometría variable, una cámara
de combustión anular con inyectores de combustible montados desde el
exterior, y 2 etapas de turbina de alta, refrigeradas por aire de alta presión
que impulsa el compresor. La turbina de potencia está formada por 6 etapas
de baja presión que se impulsa por el generador de gas de alto caudal de
gases de escape.
12.8 OVERHAUL EN LA LM2500
La LM 2500 se somete a un overhaul o revisión según condición cuando se
detecta en algunas de las revisiones periódicas alguna avería, falla, FOD
CENTRALES ELÉCTRICAS
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(Daño por objeto extraño), DOD (Daño por un objeto desprendido). Las
revisiones periódicas se realizan en función de las FFH (Factored Fired
Hours), que es una forma de calcular el tiempo entre inspecciones, y que
tiene en cuenta los arranques, las paradas de emergencia y las horas de
funcionamiento. Estas revisiones son:
1. Revisiones Boroscópicas: Es una inspección visual donde se utiliza
un instrumento óptico, el boroscopio, para acceder a zonas como álabes
del compresor, cámara de combustión, álabes de turbina, segmentos
distribuidores, termopares. Con estas inspecciones visuales se buscan
daños, averías o se confirman problemas detectados en otras pruebas.
Fig. 12. 2 Boroscopio
2. Revisiones Espectrométricas del aceite: Prueba que nos indica los
valores en tantas partes por millón de metales disueltos en el aceite para
comprobar si se están degradando los materiales de las zonas lubricadas.
3. Cambio de filtros: Se inspeccionan en busca de partículas.
4. Pruebas de vibraciones: Comprobación de que están dentro de los
límites y su evolución con el tiempo.
5. Inspecciones oculares de todos los sistemas y del exterior de la
turbina en busca de fugas, grietas, piezas sueltas o flojas, etc.…
MANTENIMIENTO DE PLANTAS TERMOELÉCTRICAS
351
6. Revisión y seguimiento de todos los parámetros del funcionamiento de
la turbina, comportamiento en arranques y paradas, llevando un registro
histórico para ir viendo su evolución.
Si durante la revisión boroscópica u otra de las pruebas o revisión, se
detectara un problema se adelanta la siguiente revisión para comprobar su
evolución (ver si se mantiene dentro de límites o si empeora).
Si el defecto detectado es mayor o ha degenerado en avería se procede a la
parada inmediata de la turbina para realizar la revisión overhaul que consiste
en la reparación del módulo afectado, revisión de todas la piezas
desmontadas hasta llegar a la zona de la avería y la realización de la revisión
a las horas de funcionamiento hasta el momento que aconseja el fabricante
que se le haga para garantizar una mayor eficacia, postergar la vida de la
turbina, mejora de disponibilidad, fiabilidad y rendimiento.
Fig. 12.3 Álabes de la turbina de gas(revisión)
12.9 RAZÓN DE REALIZAR LA REVISIÓN OVERHAUL.
Los motivos para realizar una revisión overhaul son:
· Reparación de una avería detectada de un componente
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· Realización de una revisión por horas de funcionamiento aconsejadas por
el fabricante siendo el momento exacto elegido por el cliente según sus
necesidades de producción.
· Inspecciones especiales: Realizándose en la pruebas inspecciones
adicionales dimensionales y de dureza. Realización de ensayos no
destructivos por líquidos penetrantes, radiografías.
a) Por sobre velocidad.
b) Sobrecalentamiento.
c) Daño por objeto extraño y daño por objeto desprendido
(FOD y DOD=.
Fig. 12.4 Álabes y partes de la turbina
12.10 FASES DE LA REVISIÓN
· Planificación.
· Desmontaje.
MANTENIMIENTO DE PLANTAS TERMOELÉCTRICAS
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· Limpieza.
· Inspección, reparaciones, sustituciones y comprobaciones.
· Montaje.
· Prueba Final.
· Informe.
·
12.11 TAREAS INCLUIDAS EN EL OVERHAUL.
-Desmontaje hasta acceder a la partes afectadas en las revisiones periódicas
boroscópicas o visuales.
-Desmontaje de las partes a revisar según la condición de las horas de
funcionamiento recomendadas por el fabricante.
-Limpieza de todas las piezas para realizar la inspección de las mismas.
-Búsqueda de grietas por los métodos de IPF (Por Líquidos penetrantes) o
IPM (Inspección por corrientes magnéticas).
-Inspección dimensional si es necesario o lo requiere.
-Realización de revisión general o visual según manual a todas las piezas
desmontadas.
-Sustitución de los elementos que por el tipo de reparación requerida se
sustituye por no tener los medios para realizarla in situ. (ej.: Cámara de
combustión, segmentos de distribuidor, álabes etc.…, Los cuales se
mandan a reparar y luego se devuelven al cliente como repuesto).
-Sustitución de todas la piezas de sustitución forzosa como( tornillería
dañada, gasket, oring, tab washer, tuercas en mal estado, tuercas auto
frenables, seal ring, retaining ring, retainers).
-Cambio de las piezas que estén fuera de limites según manual o reparación
de las mismas si son reparables y se tienen medios.
-Montaje de las piezas realizando las medidas o tomando las dimensiones
que el fabricante recomienda en función de las piezas inspeccionadas,
reparadas y cambiadas.
-Sustituir el aceite y limpiar el circuito de lubricación.
-Sustituir filtros.
-Desmontaje de los accesorios comprobación y revisión del historial de los
parámetros según las horas de funcionamiento. Realización de prueba
funcional si se requiere (bomba aceite, bomba combustible, inlet
gearbox, arrancador, control baterías).
-Revisión de sensores, transmisores y cableado.
-Comprobación del estado de inyectores y bujías. Sustituir si lo requiere.
CENTRALES ELÉCTRICAS
354
-Comprobación de álabes y variación de su geometría, de existir defectos
efectuar su corrección.
-Alineación de la turbina de gas y el generador.
-Revisión de los apoyos de la bancada, sistema de anclaje de la turbina,
silentblocks.
-Estado de enclosure.
-Prueba Final. Si está desmontada de la bancada se realiza en banco de
pruebas y si está montada se realiza en la bancada. Para comprobar que
los parámetros están dentro de los límites.
-Informe. De las zonas intervenidas, piezas sustituidas, reparadas,
inspecciones adicionales realizadas, medidas tomadas, parámetros de la
prueba de banco. Este informe se debe incluir en el historial de la
máquina.
-Si la turbina esta en taller proceder a guardarla en el contenedor, cerrarlo, y
presurizarlo para su posterior traslado.
12.12 REPUESTOS NECESARIOS.
· Piezas de sustitución forzosa (PRF)
· Tornillería.
· Piezas que se hayan detectado dañadas a priori en revisiones
boroscópicas o dependiendo de la avería.
· Se aconseja tener bujías, inyectores, cámara combustión, álabes,
etc.…
12.13 PROBLEMAS HABITUALES DURANTE LA REVISIÓN
OVERHAUL.
Los problemas más habituales durante una revisión mayor suelen ser los
siguientes:
· No tener un distribuidor de material que te garantice en un plazo
mínimo de tiempo la entrega de piezas necesarias no previstas.
· Mala preparación de los trabajos (falta de herramientas, falta de
materiales y repuestos, falta de utillajes).
· Realización en campo, de tareas que deben realizarse en taller.
· No disponer de un centro reparador.
· Errores en la realización de los trabajos por falta de atención
o conocimientos
· Retrasos provocados por el cliente.
· Accidentes e incidentes.
MANTENIMIENTO DE PLANTAS TERMOELÉCTRICAS
355
· Problemas en la puesta en marcha, por no seguir procedimientos,
y supervisión insuficiente.
· La falta de utillaje o su mal estado. Mal estado de eslingas,
grúas, polipastos.
12.14 PRINCIPALES AVERÍAS EN TURBINAS DE GAS
Los diferentes tipos de arranques los podemos clasificar según la temperatura
de la carcasa y del rotor en el momento de iniciarlos. Aunque los fabricantes
de turbinas hablan de 3 tipos de arranques (fríos, templados y calientes), en
realidad hay dos situaciones adicionales: los arranques superfríos, y los
rearranques. La diferencia fundamental es la rampa de subida de carga, ya
que cuanto más frío sea el arranque será necesaria una subida progresiva más
suave, para conseguir un calentamiento uniforme que minimice las tensiones
térmicas en el metal.
Fig. 12.5 Partes Internas y externas de una turbina de gas
Analizaremos los siguientes detalles del arranque
Tipos de arranque
Fases de un arranque
Problemas durante los arranques
Consejos útiles
12.15 TIPOS DE ARRANQUE
Los fabricantes de las turbinas los suelen dividir en tres grupos:
CENTRALES ELÉCTRICAS
356
Arranque frío, que es aquel que se produce cuando la turbina ha
estado más de 72 horas parada
Arranque templado, entre las 24 y 72 horas.
Arranque caliente se produce en menos de 24 horas de que se haya
producido la parada.
Adicionalmente, existen dos tipos más de arranques:
Arranque superfrío. Después de una parada programada, sin
virador. El virador es una máquina encargada de hacer girar el rotor
a muy bajas revoluciones para que se enfríe de forma homogénea y
con ello evitar que se deforme. En el arranque superfrío el metal de
la turbina está a temperatura ambiente, y posiblemente el rotor se
encuentre ligeramente curvado, por lo que será necesario que la
turbina gire en modo virador entre 6 y 24 horas
Rearranque inmediatamente después de un disparo. Se produce
después de un disparo porque algún sensor ha dado un aviso y la
causa del disparo se ha corregido rápidamente, ha sido una falsa
alarma o se está haciendo una prueba. Curiosamente, el número de
arranques fallidos (arranques que no llegan a completarse) en
rearranques es más elevado que en el resto de los tipos de arranque.
La diferencia fundamental está en la temperatura de la carcasa y del rotor en
el momento de inicio del arranque. Debido a que la carcasa y el rotor se
calientan a diferente ritmo por tener masas diferentes (la carcasa es más
pesada que el rotor), lo que obliga a una subida controlada en carga. El estrés
térmico y la dilatación diferencial entre la carcasa y el rotor marcan la
velocidad de esa subida de potencia.
Las diferencias en tiempo son menos acusadas que en la turbinas de vapor,
por ejemplo. Un arranque frío con subida de carga hasta la plena potencia
puede completarse entre 30 y 45 minutos, mientras que para un arranque
caliente pueden ser necesarios menos de 15.
12.16 FASES DE UN ARRANQUE
Las 5 fases en que puede dividirse el arranque de una turbina de gas son
las siguientes:
MANTENIMIENTO DE PLANTAS TERMOELÉCTRICAS
357
1) Funcionamiento en virador.
Para asegurar el reparto de pesos a lo largo del eje de rotación en caso de
parada prolongada es necesario que la turbina gire en virador durante unas
horas, evitando así deformaciones producidas al enfriarse de forma no
homogénea. Si tras la parada ha estado funcionando en virador, está fase ya
está realizada.
2) Preparación para el arranque.
Debe haber presión de gas, se debe suministrar gas poco a poco.
El sistema de alta tensión debe estar operativo, ya que nos alimentará
al generador que en este caso actuará de motor para arrancar la
turbina.
El sistema de refrigeración debe estar operativo, para ir evacuando el
calor conforme lo vayamos generando y no tener que sacar mucho de
golpe.
Niveles de caldera correctos, si tiene sistema de recuperación de
gases, se debe revisar el sistema para ver que todo está correcto y no
nos de problemas cuando pongamos a plena carga la turbina.
Bomba auxiliar de lubricación en marcha, temperatura correcta, para
que todo esté bien lubricado y evitar posibles daños.
Ausencia de alarmas de cualquier tipo, ver que no hay ninguna
alarma que nos avise de posibles fallas, puede ser que exista un
problema, no sea detectado y a la hora de poner a plena carga el
sistema nos dé una falla y se tenga que parar la máquina.
3) Inicio y subida hasta la velocidad de barrido de gases.
El motor de arranque, que suele ser el propio generador, hace girar la
turbina, se inicia el suministro de gas y aire.
CENTRALES ELÉCTRICAS
358
El variador controla la velocidad del motor de arranque para ir
subiendo de forma adecuada, superando rápidamente las
velocidades peligrosas de vibración.
Sube lentamente la velocidad, hasta una velocidad de giro lento, no
superior a 500 rpm. Se realiza un barrido de los gases que pudieran
haber en la turbina, para evitar explosiones. La distribución de pesos
a lo largo del eje de rotación debe ser perfecta, así se evitan
problemas de vibración al atravesar las velocidades críticas.
4) Aceleración hasta velocidad de sincronismo. Paso por
velocidades críticas.
Se ordena desde el control subir hasta velocidades de sincronismo.
Interesa pasar por las velocidades críticas lo más rápido posible.
La supervisión de las vibraciones durante la aceleración es
fundamental, ya que nos pueden indicar posibles problemas.
El sistema también supervisa la aceleración, para asegurar que se
pasa rápidamente por las velocidades críticas.
A una velocidad determinada, se activa el ignitor, y se enciende la
llama piloto.
La llama piloto enciende a su vez las cámaras de combustión o
quemadores (FLAME ON).
A partir de ese momento la fuerza de los gases de combustión
empieza a impulsar la turbina.
Poco a poco, la fuerza que ejerce el motor va siendo menor, y la de
los gases mayores.
A una velocidad determinada, el motor de arranque se desconecta. Si
es el generador, deja de actuar como motor y se prepara para actuar
como generador.
Se alcanza la velocidad de sincronismo, empezamos a producir
energía eléctrica, en esta fase es donde más disparos se producen.
5) Sincronización y 6) Subida de carga hasta la potencia
seleccionada.
MANTENIMIENTO DE PLANTAS TERMOELÉCTRICAS
359
El cierre del interruptor de máquina una vez alcanzada la velocidad
de sincronismo suele ser muy rápido, unos minutos como mucho.
El sincronizador varía ligeramente la velocidad de la turbina.
La subida de carga debe ser lenta, de acuerdo al tipo de arranque.
12.17 PROBLEMAS HABITUALES DURANTE LOS ARRANQUES
Vibraciones al atravesar las velocidades críticas.
Fallo de llama (Flame Off), se nos apaga la llama.
Aceleración insuficiente.
Desplazamiento axial excesivo al subir carga.
Temperatura excesiva de cojinetes, está fallando la lubricación o
estamos yendo muy rápido.
Vibraciones al subir carga.
12.18 CONSEJOS ÚTILES EN LOS ARRANQUES DE TURBINAS
DE GAS
1) Si se ha producido un disparo durante un arranque, no hay que arrancar
de nuevo hasta no tener claro qué ha provocado el disparo y haber
solucionado el problema.
2) Las averías no se arreglan solas, de forma mágica. Aunque es cierto que a
veces son problemas “irreales” relacionados con la instrumentación, la
mayoría de las veces no es así.
3) Las turbinas de gas no son caprichosas: cuando tienen un problema no
intentan llamar la atención, tienen un problema de verdad.
4) Puentear sensores, anular detectores o elevar valores de consigna en el
control para facilitar un arranque es una mala decisión. Las averías más
graves en una turbina siempre están relacionadas con una negligencia de este
tipo.
Fuente, http://www.renovetec.com/articulos/arranqueturbinagas.html
CENTRALES ELÉCTRICAS
360
GLOSARIO
Adiabático. Transformación de un cuerpo sin que este ceda o reciba calor
Isentrópico
Isóbaro. De igual presión atmosférica, en un proceso isobárico la presión se
mantiene siempre constante.
Isócara, isómera o isométrica, es la evolución por ejemplo de la presión y
la temperatura a volumen constante.
Isentrópico. Transformación que tiene lugar sin variación de la entropía.
Cualquier proceso adiabático reversible es isentrópico.
Entalpía. Función termodinámica que, para un gas ideal, representa la suma
de la energía interna del gas y del trabajo que este podría realizar mediante
una expansión isóbara.
Entropía. Función termodinámica cuya variación elemental, expresada por
dQdS
T indica la cantidad de calor que, en cada instante, un gas
intercambia con el exterior.
Eslinga. Trozo de cabo grueso, cadena o cable provisto de tres guardacabos,
uno de ellos en el centro y todos dotados de gancho, que se utiliza para
suspender grandes pesos.
Excitación shunt o derivación: La corriente de excitación se obtiene
conectando las bobinas del estator en paralelo con el inducido. Solo pasa por
las bobinas del estator una parte de la corriente inducida.
Foucault. Efectos que provocan en una masa metálica en movimiento las
corrientes inducidas que circulan por la misma siguiendo circuitos cerrados, a
través de los cuales se produce una variación del flujo de inducción.
Polipasto. Dispositivo elevador, compuesto esencialmente por un cierto
número de poleas fijas, un número igual (o inferior en una unidad) de poleas
móviles y una cuerda o cadena que enlaza unas con otras u mediante el cual
el operador ejerce su acción.
Politrópico. Evolución termodinámica de un gas, caracterizada por la
constancia. O por la variación según una ley de alguna de las magnitudes
características de dicho gas, presión, volumen específico o temperatura,
Tribología. Es la ciencia que estudia la fricción, el desgaste y
la lubricación que tienen lugar durante el contacto entre superficies sólidas en
movimiento. El término es usado universalmente desde finales del siglo XX.